區(qū)域電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)研究

趙雷雷，郝文波

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

目前中國(guó)采取了多種措施來(lái)提高風(fēng)電的消納能力，但由于風(fēng)電場(chǎng)大多距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，并且風(fēng)電出力具有隨機(jī)性和間歇性，給電網(wǎng)調(diào)度和調(diào)峰帶來(lái)一定的困難。

當(dāng)前針對(duì)風(fēng)電接納的研究多集中在電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電接納容量的計(jì)算［1－7］。由于不同區(qū)域電網(wǎng)之間的特性不同，導(dǎo)致了風(fēng)電接納風(fēng)力不同，接納容量的計(jì)算無(wú)法描述電網(wǎng)接納的風(fēng)電是否合理和與電網(wǎng)相匹配。這就要求研究一個(gè)新的評(píng)價(jià)方法，既可以對(duì)某個(gè)區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行研究，找出影響接納能力的關(guān)鍵因素，同時(shí)也可以在不同電網(wǎng)間進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而指導(dǎo)電網(wǎng)的規(guī)劃與建設(shè)。

本文研究考慮調(diào)峰因素和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率輸送極限因素影響下的電網(wǎng)接納風(fēng)電能力計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終形成完整的電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系。

1 風(fēng)電消納能力計(jì)算

1.1 調(diào)峰容量計(jì)算

調(diào)峰容量的計(jì)算公式為

式中:Ppeakload為全網(wǎng)總調(diào)峰容量;PGN為全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)容量;PGN.min為全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力;PG.real.max為全網(wǎng)最大發(fā)電負(fù)荷;KGen為廠(chǎng)用電率;KLoss為網(wǎng)損率;Preserve為全網(wǎng)總備用容量;PLoad.max為全網(wǎng)用電負(fù)荷;PTransmin為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率;KG.adjust為全網(wǎng)發(fā)電平均可調(diào)出力。

1.2 調(diào)峰裕度計(jì)算

調(diào)峰裕度計(jì)算公式為

將當(dāng)日負(fù)荷特性曲線(xiàn)和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)最大可變化功率ΔPTrans引入到電網(wǎng)調(diào)峰容量中，可求出系統(tǒng)的調(diào)峰裕度為

式中:Pm為調(diào)峰裕度;PTransmin為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)最小保證功率;PTransmax為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)可傳輸最大功率。

1.3 風(fēng)電消納容量計(jì)算

圖1為日風(fēng)電預(yù)測(cè)出力曲線(xiàn)。

圖1 風(fēng)電出力預(yù)測(cè)

預(yù)測(cè)風(fēng)電功率在負(fù)荷曲線(xiàn)與機(jī)組最低出力之間即認(rèn)為此部分風(fēng)電可消納，當(dāng)預(yù)測(cè)風(fēng)電功率超過(guò)負(fù)荷曲線(xiàn)時(shí)，即認(rèn)為此時(shí)超出調(diào)峰裕度，需要棄風(fēng)。

式中:Pwf為風(fēng)電預(yù)測(cè)出力;Pw為風(fēng)電可消納容量。

2 電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)定義

定義4個(gè)評(píng)價(jià)指數(shù):

βP為基于電網(wǎng)裝機(jī)的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同裝機(jī)規(guī)模、不同電源結(jié)構(gòu)下的風(fēng)電消納能力。

βS為基于電網(wǎng)規(guī)模的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同輸變電規(guī)模、不同電能輸送能力下的風(fēng)電消納能力。

βL為基于電網(wǎng)用電負(fù)荷的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)，表征了電網(wǎng)在不同負(fù)荷水平、不同負(fù)荷特性下的風(fēng)電消納能力。

Ψ為電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，表征了電網(wǎng)綜合考慮裝機(jī)規(guī)模、電網(wǎng)輸送規(guī)模以及負(fù)荷水平后的總體風(fēng)電消納能力。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算模型

2.2.1 基于電網(wǎng)裝機(jī)的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)(βP)

βP按下式計(jì)算:

式中:PW為系統(tǒng)計(jì)算出的電網(wǎng)可接納風(fēng)電容量;PD為電網(wǎng)的等效裝機(jī)容量。

各電網(wǎng)的裝機(jī)容量以及機(jī)組類(lèi)型存在差異，機(jī)組類(lèi)型的不同直接導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)峰能力的不同，因此定義電網(wǎng)的等效裝機(jī)容量PD。目前電網(wǎng)的機(jī)組類(lèi)型從調(diào)峰角度主要分為:抽水蓄能機(jī)組、水電機(jī)組、燃油(汽)機(jī)組、燃煤機(jī)組、供熱機(jī)組、核電機(jī)組、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率以及風(fēng)電機(jī)組。其中電網(wǎng)等效裝機(jī)容量計(jì)算主要考慮各種類(lèi)型機(jī)組的調(diào)峰能力，風(fēng)電機(jī)組不參加計(jì)算，核電機(jī)組承擔(dān)基荷，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率無(wú)調(diào)峰能力，也不參加計(jì)算。剩下的抽水蓄能機(jī)組、水電機(jī)組、燃油(氣)機(jī)組、燃煤機(jī)組、供熱機(jī)組參加電網(wǎng)等效裝機(jī)容量計(jì)算。抽水蓄能機(jī)組具有高峰時(shí)發(fā)電，低谷時(shí)抽水蓄能的特點(diǎn)，因此調(diào)峰深度可達(dá)到裝機(jī)容量的200%;水電機(jī)組開(kāi)機(jī)迅速靈活，調(diào)峰深度能達(dá)到裝機(jī)容量的100%;燃油(氣)機(jī)組調(diào)峰深度可達(dá)到裝機(jī)容量的70%;燃煤機(jī)組的調(diào)峰深度為裝機(jī)容量的50%;供熱機(jī)組調(diào)峰深度一般為裝機(jī)容量的20%。因此電網(wǎng)的等效裝機(jī)容量PD按下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:PC為電網(wǎng)內(nèi)抽水蓄能機(jī)組裝機(jī)容量;PS為電網(wǎng)內(nèi)水電機(jī)組裝機(jī)容量;PQ為電網(wǎng)內(nèi)燃油(氣)機(jī)組裝機(jī)容量;PM為電網(wǎng)內(nèi)燃煤機(jī)組裝機(jī)容量;PR為電網(wǎng)內(nèi)供熱機(jī)組裝機(jī)容量。

由于目前電網(wǎng)內(nèi)抽水蓄能機(jī)組裝機(jī)容量較少，PD基本小于電網(wǎng)內(nèi)的實(shí)際裝機(jī)容量。

在電網(wǎng)等效裝機(jī)容量計(jì)算的基礎(chǔ)上，即可得到基于電網(wǎng)裝機(jī)的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)(βP)。由于不同類(lèi)型機(jī)組的調(diào)峰深度不同，一般計(jì)算出來(lái)的βP小于1。

2.2.2 基于電網(wǎng)規(guī)模的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)(βS)

βS按下式計(jì)算:

式中:PW為系統(tǒng)計(jì)算出的電網(wǎng)可接納風(fēng)電容量;SBR為電網(wǎng)的變電容量。

這里SBR主要考慮風(fēng)電接入電網(wǎng)的變電容量，由于風(fēng)電場(chǎng)主要在35 kV及以上電壓等級(jí)接入，所以有下面計(jì)算公式:

式中:S35、S110(66)、S220、S500(330)、S750為電網(wǎng) 35 kV 變電容量、110(66)kV變電容量、220 kV變電容量、500(330)kV變電容量、750 kV變電容量。

在計(jì)算得到變電容量后，即可求得βS，通常計(jì)算出來(lái)的βS小于1。

2.2.3 基于電網(wǎng)用電負(fù)荷的風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)指數(shù)(βL)

βL按下式計(jì)算:

式中:PW為系統(tǒng)計(jì)算出的電網(wǎng)可接納風(fēng)電容量;PLave為電網(wǎng)日平均負(fù)荷。

2.2.4 電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(Ψ)

電網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模、用電負(fù)荷水平、電網(wǎng)規(guī)模是影響電網(wǎng)接納風(fēng)電的最主要因素，定義電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(Ψ)，從以上三個(gè)角度對(duì)電網(wǎng)接納風(fēng)電進(jìn)行整體、綜合評(píng)價(jià)。

Ψ按下式計(jì)算:

式中:Ψ為電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納的適應(yīng)度評(píng)價(jià)指數(shù)，介于［0，1］之間;a1、a2、a3可通過(guò)德?tīng)柗品ǖ玫健?/p>

3 風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)建立

在建立了完整的電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納能力適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，可以建立評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)風(fēng)電消納適應(yīng)性動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)功能。

1)監(jiān)測(cè)功能模塊。主要包括兩個(gè)方面的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，分別為風(fēng)電場(chǎng)側(cè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)和電網(wǎng)側(cè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。風(fēng)電場(chǎng)側(cè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括風(fēng)電裝機(jī)、上網(wǎng)電量、歷史最大風(fēng)電消納容量;電網(wǎng)側(cè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括總裝機(jī)容量、開(kāi)機(jī)方式、最大負(fù)荷以及電網(wǎng)運(yùn)行方式等數(shù)據(jù)。

2)分析功能模塊。主要是從電網(wǎng)調(diào)峰能力出發(fā)，計(jì)算電網(wǎng)可接納的風(fēng)電容量。具體包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、歷史數(shù)據(jù)分析、敏感性分析和預(yù)測(cè)分析。

3)評(píng)價(jià)功能模塊。此模塊將綜合考慮影響電網(wǎng)接納風(fēng)電的多個(gè)因素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)模型，按照預(yù)定計(jì)算周期自動(dòng)計(jì)算各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)與標(biāo)桿指標(biāo)對(duì)比，對(duì)電網(wǎng)接納風(fēng)電的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析查找關(guān)鍵因素。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)影響電網(wǎng)接納風(fēng)電的關(guān)鍵因素分析，建立一個(gè)完整的電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電消納適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，能夠有效地對(duì)不同規(guī)模、不同特性的電網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)電接納能力評(píng)價(jià)，進(jìn)而改進(jìn)電網(wǎng)、促進(jìn)接納能力的提升。

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